近日，我院林科院沈植国研究员团队联合新疆林科院、中国林科院亚林所等单位，在《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院二区 TOP期刊 IF=8.5）发表研究成果，通过单细胞核 RNA 测序（snRNA-seq）技术，首次绘制蜡梅花被片单细胞转录组图谱，成功解码了蜡梅内被片红色、中被片黄色的分子调控机制，为植物花色育种提供了全新思路。

蜡梅（Chimonanthus praecox）是我国特产名花、河南特色花卉，已有上千年的栽培历史，兼具观赏、经济和文化价值，作为天然的年宵花，具有巨大的市场潜力。生产中有专门的红心蜡梅品种群（Patens Group），不同于素心品种，其花被片呈现典型的 “内外双色”，外部多为黄色，是吸引传粉昆虫的“视觉信号”；内层则为红或紫红等深色系，虽隐藏在花内，却富含花青素等功能性成分。黄色中被片与红色内被片形成鲜明对比，这一独特现象，藏着植物进化与代谢的科学奥秘。此前研究已知，蜡梅花被片黄色来自黄酮醇类化合物，内层的红色来自花青素，但这些色素为何能在不同花被片精准积累，其分子调控网络一直是未解之谜。

研究团队通过优化的单细胞核分离技术，成功获得13073个内被片单细胞核和12625个中被片单细胞核。利用10×Genomics平台进行高通量测序后，团队通过聚类分析将这些细胞划分为14个细胞簇，并鉴定出表皮细胞、栅栏组织细胞、海绵组织细胞、木质部细胞和韧皮部细胞5大细胞类型，构建了完整的蜡梅花被片细胞图谱。伪时间分析技术的应用，让细胞发育轨迹清晰呈现，揭示了蜡梅花被片的形态建成机制，更为色素积累规律提供了关键线索。色素主要富集在表皮细胞和栅栏组织细胞中，且细胞发育阶段直接决定色素合成方向。在分子机制层面，表皮细胞发育早期，花青素合成通路关键基因 CpANS和CpUGT高表达，推动内被片合成花青素，呈现红色；随着细胞发育成熟，花青素合成通路被抑制，而黄酮醇代谢通路基因CpPAL、Cp4CL、CpFLS 表达量显著升高，促使中被片积累黄酮醇，呈现黄色。这意味着，蜡梅花被片的颜色命运，在细胞发育初期就已由基因表达模式决定。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA），团队进一步锁定了调控这一过程的核心转录因子，证实了MYB家族转录因子在花色调控中的保守功能，为通过基因编辑技术调控植物花色提供了精准靶点，团队还明确了不同黄酮类合成基因的细胞特异性表达模式。

该研究不仅首次揭示了蜡梅花被片红、黄双色形成的细胞分化与分子调控网络，填补了蜡梅花色特异分布研究的空白，为品种改良提供了核心技术支撑，同时为解析其他植物的花器官发育与次生代谢机制提供了可借鉴的研究范式。

我院林科院沈植国研究员为论文第一作者，丁鑫副研究员参与了相关工作。本研究得到河南省重点研发专项（221111110700）、河南省农业科学院科技创新团队（2024TD26）等项目资助。